多能超磁一體化技術(shù)處理重金屬廢水

　　重金屬廢水傳統(tǒng)的處理方法主要有中和沉淀法、硫化物沉淀法、鐵氧體法、吸附法和離子交換法等。這些傳統(tǒng)處理方法都存在廢渣多、處理成本高、占地面積大、易造成二次污染等問題，難以達(dá)到經(jīng)濟(jì)、效率和環(huán)境上的共贏。因此，開展新型、高效、低成本的重金屬廢水處理技術(shù)及工藝研發(fā)十分必要。

　　超磁分離技術(shù)通過向水體中投加磁性藥劑和絮凝劑，產(chǎn)生微絮凝過程，賦予絮體以磁性，再通過超磁分離機(jī)實(shí)現(xiàn)絮體和水的分離，從而達(dá)到凈化水質(zhì)的目的。在超磁分離技術(shù)的基礎(chǔ)上，研發(fā)了多能超磁一體化污水處理技術(shù)，用于重金屬行業(yè)廢水的治理。多能超磁一體化污水處理技術(shù)采用強(qiáng)堿作為中和劑替代傳統(tǒng)的石灰，減少污泥渣量，并通過超磁分離技術(shù)實(shí)現(xiàn)固液分離，省卻了沉淀過程，大大縮短處理時(shí)間，且其投加的磁性藥劑可通過回收系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)循環(huán)反復(fù)使用，降低運(yùn)行成本。

　　廣西河池某礦業(yè)公司產(chǎn)生的重金屬廢水pH低，Zn、Pb、Cd、Sb等重金屬污染物含量高，因此，須經(jīng)污水處理設(shè)施處理后，使各污染物指標(biāo)達(dá)到GB8978-1996的要求。本研究采用多能超磁一體化污水處理技術(shù)對該重金屬廢水進(jìn)行處理，使出水水質(zhì)滿足GB8978-1996的要求。通過現(xiàn)場調(diào)試，研究不同藥劑投加量下各污染物的去除效率，得出優(yōu)化的藥劑投加量，并對該工藝進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益分析，為各種重金屬廢水應(yīng)急處置工程項(xiàng)目提供技術(shù)支持。

　　1、工藝設(shè)計(jì)

　　1.1 設(shè)計(jì)進(jìn)出水質(zhì)

　　該礦業(yè)公司主要從事有色重金屬的冶煉及生產(chǎn)經(jīng)營活動(dòng)，排放的廢水主要含有銻、銅、鉛、鎘、砷、鉻等重金屬元素。根據(jù)企業(yè)排放的廢水量，設(shè)計(jì)日處理規(guī)模為500m3/d;出水水質(zhì)執(zhí)行GB8978-1996中的第一、二類污染物最高允許排放一級標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)檢測，該廢水的主要成分見表1。

　　1.2 工藝流程

　　根據(jù)該重金屬廢水水質(zhì)情況及出水執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)，采用多能超磁一體化污水處理技術(shù)對該重金屬廢水進(jìn)行處理，工藝流程如圖1所示。

　　工藝流程說明：

　　1)企業(yè)排放的重金屬廢水由泵提升至中和池中，中和池內(nèi)設(shè)有計(jì)量泵，通過計(jì)量泵輸送質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的NaOH溶液，通過攪拌進(jìn)行中和反應(yīng)，直至重金屬廢水的達(dá)到中性。在這過程中，部分重金屬離子與氫氧根離子反應(yīng)生成難溶的重金屬氫氧化物沉淀，從而除去廢水中的部分重金屬污染物。

　　2)中和池的水自流至混凝反應(yīng)池，由計(jì)量泵向混凝反應(yīng)池中加入專用除重金屬混凝藥劑(簡稱“專用劑”)和磁性劑，其中專用劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.6%，磁性劑為自行研制的磁納米顆粒。廢水中的重金屬與專用藥劑反應(yīng)形成難溶物析出成為水體中膠體懸浮物，加入的磁性劑使廢水水體中的膠體懸浮物具有微磁性。

　　3)混凝反應(yīng)池的水再流入絮凝沉淀池，投加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%的聚丙烯酰胺(PAM)溶液作為絮凝劑，在磁力凝聚和化學(xué)凝聚的作用下，使磁性膠體懸浮物凝聚成更大的絮凝體。充分反應(yīng)后進(jìn)入磁分離機(jī)進(jìn)行固液分離，分離后的水進(jìn)入過濾器，過濾后達(dá)標(biāo)排放。

　　4)經(jīng)磁分離機(jī)分離出的污泥通過磁鼓進(jìn)行常規(guī)分散、脫磁處理，使污泥和磁性劑分離，然后回收磁性劑，污泥再通過壓濾機(jī)壓濾后排出進(jìn)行外運(yùn)處置。

　　2、處理設(shè)施及設(shè)計(jì)參數(shù)

　　1)中和池。

　　主要用于調(diào)節(jié)廢水的至中性，使部分重金屬離子以沉淀的形式除去，減輕了后續(xù)工藝的處理負(fù)荷。中和池為地上式鋼結(jié)構(gòu)，圓筒狀，內(nèi)壁防腐，外形尺寸準(zhǔn)0.8m×2.5m，有效容積5m3，水力停留時(shí)間5min。中和池內(nèi)設(shè)有攪拌器。

　　2)混凝反應(yīng)池。

　　主要用于將廢水中的重金屬離子以難溶物的形式析出，成為水體中膠體懸浮物，并且投入磁性藥劑使膠體懸浮物具有磁性?；炷磻?yīng)池為地上式鋼結(jié)構(gòu)，圓筒狀，內(nèi)壁防腐，外形尺寸準(zhǔn)0.7m×2.0m，有效容積3m3，水力停留時(shí)間3min，池內(nèi)設(shè)有攪拌器。

　　3)絮凝沉淀池。

　　在絮凝沉淀池中加入絮凝劑后，由于磁性藥劑的密度高達(dá)5.0t/m3，因而形成高密度的絮體，加大絮體的密度，達(dá)到高效除污和快速沉降的目的。絮凝沉淀池為地上式鋼結(jié)構(gòu)，圓筒狀，內(nèi)壁防腐，表面負(fù)荷35m3/(m2?h)，外形尺寸準(zhǔn)0.7m×2.0m，有效容積3m3，水力停留時(shí)間3min。

　　4)磁分離機(jī)。

　　磁分離機(jī)將污水中含有磁性藥劑的絮凝體吸附到磁盤上，再經(jīng)刮泥板除去，實(shí)現(xiàn)固液分離。選用型號為ASMD-500的磁分離機(jī)，體積流量為500m3/h，磁盤直徑1.2m，磁感應(yīng)強(qiáng)度≤0.14T，功率1.35kW。

　　5)磁鼓機(jī)。

　　型號為HCG-500的高梯度永磁磁鼓機(jī)，由分散裝置和磁回收裝置構(gòu)成，體積流量為3m3/h，功率5.6kW，磁性藥劑回收率達(dá)到98%。

　　6)過濾機(jī)。

　　過濾機(jī)主要作用是進(jìn)一步降低出水的懸浮物含量，使出水水質(zhì)穩(wěn)定并達(dá)標(biāo)排放。選用立式壓力式過濾機(jī)，其凈水能力為60m3/h，電機(jī)功率為5.5kW。

　　7)板框壓濾機(jī)。

　　處理量為500m3/d，處理1t廢水約產(chǎn)生1kg的污泥，壓縮前污泥水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為98%，壓縮后為70%左右，因此選擇過濾面積為100m2的板框壓濾機(jī)1臺(tái)，型號XMZ100/1250-30UB。

　　3、調(diào)試及運(yùn)行效果

　　3.1 工藝調(diào)試

　　1)NaOH投加量。

　　重金屬廢水的pH在3左右，投入中和劑NaOH進(jìn)行中和，經(jīng)過現(xiàn)場多次試驗(yàn)，當(dāng)中和池中的廢水pH調(diào)節(jié)至9左右時(shí)，出水pH才能達(dá)到6～9的要求，原因是在混凝反應(yīng)池中投加的專用藥劑會(huì)降低廢水的pH。系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，NaOH的投加量約為4mg/L，中和池水力停留時(shí)間5min。

　　2)磁粉投加量。

　　多能超磁一體化污水處理技術(shù)采用投加磁種以使凝聚所形成的絮團(tuán)帶上磁性，并通過磁聚力形成大絮團(tuán)。形成的磁性絮團(tuán)不靠重力沉降，而是通過超磁分離機(jī)產(chǎn)生的強(qiáng)大磁力將磁性絮團(tuán)吸附在磁盤上，從而實(shí)現(xiàn)水與懸浮物的分離，且分離時(shí)間短、分離效果好。由于投加磁種的過程是連續(xù)的，因此投加的磁種也將成為運(yùn)行費(fèi)用的一部分。投加磁種過少，則處理效果差，出水水質(zhì)達(dá)不到要求;投加磁種過多，則會(huì)增加運(yùn)行費(fèi)用，造成資源浪費(fèi)。通過多次調(diào)試，確定磁粉優(yōu)化投加量約為83mg/L。

　　3)專用藥劑和絮凝劑投加量。

　　根據(jù)廢水中重金屬去除的原理，自行研發(fā)了專用除重金屬藥劑，該藥劑通過與廢水中的重金屬離子反應(yīng)，生成難溶物質(zhì)析出，從而達(dá)到去除重金屬的目的。專用藥劑與廢水中的重金屬離子反應(yīng)形成膠體懸浮物，但膠體懸浮物沉淀性能差，需投加PAM使其凝聚成更大的絮團(tuán)，以提高其沉淀性能，實(shí)現(xiàn)最佳分離效果，使出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)。通過反復(fù)調(diào)試，當(dāng)混凝反應(yīng)池、絮凝沉淀池的水力停留時(shí)間分別為3min，且專用藥劑和PAM投加量分別控制在500、10mg/L時(shí)，SS和Sb、Pb、Cu、Cr、As、Cd、Zn等重金屬去除率最高。

　　3.2 運(yùn)行結(jié)果

　　工程完工后，按照調(diào)試后確定的工藝參數(shù)能夠穩(wěn)定的運(yùn)行，進(jìn)出水pH分別為3.5和8.1，SS和重金屬含量見表2。

　　由表2可知，廢水處理效果良好，SS和Sb、Pb、Cu、Cr、As、Cd、Zn的去除率分別為98.9%、95.0%、100%、97.1%、99.0%、95.7%、100%和99.9%，出水各項(xiàng)指標(biāo)全部優(yōu)于GB8978-1996的要求，且Cu、Cr、As、Cd、Zn等達(dá)到GB3838-2002的Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)。

　　3.3 技術(shù)經(jīng)濟(jì)

　　該工程主要包括土建費(fèi)、設(shè)備費(fèi)、設(shè)備安裝運(yùn)輸費(fèi)、現(xiàn)場調(diào)試費(fèi)、電線路架設(shè)費(fèi)、設(shè)計(jì)費(fèi)、工程驗(yàn)收費(fèi)和工程監(jiān)理費(fèi)等費(fèi)用，連同稅費(fèi)總價(jià)約為248.1萬元。項(xiàng)目安裝調(diào)試運(yùn)行后主要費(fèi)用為運(yùn)行費(fèi)，其包括電費(fèi)、人工費(fèi)和藥劑費(fèi)。各項(xiàng)費(fèi)用分析如下：

　　1)電費(fèi)：污水處理系統(tǒng)設(shè)備總功率為15kW，每kWh電按0.9元計(jì)，污水處理能力為21m3/h，則處理1t廢水的費(fèi)用為0.64元/m3。

　　2)人工費(fèi)：正常運(yùn)維需2人完成，每人150元/d，則處理1t廢水的費(fèi)用為0.60元/m3。

　　3)藥劑費(fèi)：按處理1t廢水需消耗4g中和劑、10kg絮凝劑、500g專用劑和83g磁性劑計(jì)，中和劑、絮凝劑、專用劑、磁性劑單價(jià)分別為2.8、12、3、0.83元/kg，則處理1t廢水藥劑費(fèi)用為2.46元/m3。

　　綜上，所需運(yùn)行成本約為3.70元/m3。

　　4、結(jié)論

　　多能超磁一體化污水處理技術(shù)采用磁分離技術(shù)進(jìn)行固液分離，不需要沉降時(shí)間，固液分離時(shí)間短，相應(yīng)的設(shè)備占地面積小、建設(shè)周期短、日常維護(hù)方便、自動(dòng)化程度高、易于操作和管理，且磁性劑可循環(huán)使用，在很大程度上降低了廢水處理成本。

　　廢水進(jìn)入混凝反應(yīng)設(shè)備至出水的時(shí)間約為15min，整個(gè)水處理凈化過程短時(shí)高效，適用于各種突發(fā)重金屬污染事件的應(yīng)急處理。

　　采用多能超磁一體化污水處理技術(shù)對重金屬廢水進(jìn)行處理，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、運(yùn)行成本低，對各種重金屬污染物去除效率高，出水水質(zhì)優(yōu)于、GB8978-1996中的一級標(biāo)準(zhǔn)，且Cu、Cr、As、Cd、Zn等部分重金屬指標(biāo)達(dá)到GB3838-2002的Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)。(來源：廣西壯族自治區(qū)環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院，廣西壯族自治區(qū)環(huán)境保護(hù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì))